Вера Черногорова - Загадки микромира

Результаты эти заставили физиков засомневаться в точечности остальных частиц. Но как это проверить? Одно дело — долгоживущий нуклон. Ну а как исследовать частицу, существующую меньше 10 –10секунды? Как быть с теми частицами, которые появляются на свет всего лишь на 10 –19секунды? Как сделать из них мишень для электронов?

И все-таки в последнее время ученые нашли способ «измерить» пи-мезон. Оказалось, что и он не точечный, а имеет вполне определенный радиус, около 0,8 · 10 –13сантиметра. Разумно предположить, что все частицы, испытывающие сильные взаимодействия, таких же размеров.

Ну а что сказать о мю-мезоне, электроне и нейтрино? Мю-мезон и электрон даже на расстоянии менее 10 –14сантиметра ведут себя по отношению друг к другу как два точечных заряда. Из этого можно сделать только один вывод: если они все-таки имеют размеры, то размеры их меньше 10 –14сантиметра.

Итак, «легенды» о точечных частицах больше не существует. Теперь никому не надо доказывать, что, по крайней мере, сильно взаимодействующие частицы — сложные системы с конечным электромагнитным радиусом.

Так что же такое элементарная частица? Последняя ли это «матрешка» в структуре строения материи или нет?

Сенсационные результаты экспериментов Р. Хофштадтера по рассеянию быстрых электронов способствовали появлению составных моделей элементарных частиц.

В наиболее удачной составной модели, предложенной японским ученым Сакатой, такими основными частицами, из которых строились все остальные, были выбраны лямбда-гиперон, протон и антинейтрон. В ней нашла свое дальнейшее развитие идея выдающихся теоретиков Ферми и Янга, впервые предложивших построить элементарную частицу, пи-мезон, из нуклона и антинуклона, то есть из частиц в несколько раз более тяжелых.

Успешное описание этой моделью ряда ядерных реакций и предсказание ею некоторых свойств частиц вызвало взрыв «моды» на составные модели. Теперь чуть ли не каждый теоретик (и даже нетеоретик) считал для себя делом чести создать собственную, пусть даже экстравагантную, модель элементарной частицы. Но открытие новых частиц, исследование взаимодействия между ними отбрасывали эти эфемерные построения одну за другой. Даже серьезная гипотеза Сакаты не выдержала испытания временем, потому что в ней неудачно были выбраны основные частицы.

Однако математический аппарат этой модели позволил обнаружить новые закономерности в мире элементарных частиц. Идея Сакаты о возможности построения их из трех основных была ближайшей предысторией кварковой модели строения материи, о которой мы узнаем в следующей главе.

Любопытно, что еще в начале века, когда была известна единственная элементарная частица — электрон, Дж. Дж. Томсон уже пытался понять ее строение. В лекции, так и названной — «По ту сторону электрона», — он сказал:

«Быть может, некоторые из вас готовы меня спросить: следует ли идти за пределы электрона, не будет ли это слишком далеким? Не надо ли где-нибудь провести границу? Очарование физики в том и состоит, что в ней нет жестких и твердых границ, в ней каждое открытие не является пределом, а только аллеей, ведущей в страну еще не исследованную, и сколь бы долго ни существовала наука, всегда будет изобилие нерешенных проблем и физикам никогда не будет опасности стать безработными».

В своей книге, изданной в 1958 году, академик М. Марков говорил о необыкновенной сложности современного образа элементарной частицы, когда каждая из них «начинает представляться сложной композицией всех „элементарных“ частиц. Если, действительно, все частицы необходимы для построения образа каждой из них, то естественно искать какой-то другой „материал“, более элементарный в том смысле, что он явился бы общим для всего списка фундаментальных частиц».

Картина строения материи, добротно нарисованная тремя чистыми «красками»: электронной, протонной и нейтронной, — была так же проста, как детский рисунок.

Ее композиция, определенная строением атома и атомного ядра, без труда толковалась на основе квантовой механики. Казалось, что достаточно прорисовать еще несколько деталей, относящихся к ядру и составляющим его нуклонам, и картина будет завершена.